翻砂鑄造技術(shù)資料

1、翻砂鑄造技術(shù)1.樹脂固化砂工藝樹脂砂的特點(diǎn)較多,如型芯砂高強(qiáng)度、高固化效率、高潰散性,鑄件高精度、高外表質(zhì)量,為大批量流水線生產(chǎn)各種復(fù)雜的中、小型鑄件的型芯提供了一種理想的方法,從而很快在汽車、拖拉機(jī)和內(nèi)燃機(jī)等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用.又由于其高強(qiáng)度、高精度、高潰散性,低的造型制芯勞動強(qiáng)度,對于滿足多品種、小批量生產(chǎn)各種結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜的中、大型鑄件的型芯,也起了十分重要的作用.目前,樹脂砂工藝繁多,可按其不同的硬化方式,分為如下三大類：加熱硬化法、吹氣硬化法和自硬法.1.加熱硬化法此法系指型芯本體經(jīng)過外部加熱源進(jìn)行加熱,使型芯砂在一定溫度和時間下固化成型的一種工藝.目前在鑄造生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的有：殼型法

2、和熱芯盒法兩種.殼型法是一種開發(fā)最早、開展最快、應(yīng)用甚廣的高效造型、制芯工藝.由于覆膜砂的流動性、充型性和存放性均好,強(qiáng)度大、潰散性好,被汽車行業(yè)廣泛應(yīng)用于大批量生產(chǎn)各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量要求高的型芯.熱芯盒比殼型開發(fā)晚15年,由于它的型、芯砂制備簡單,成型溫度低,硬化速度快,在生產(chǎn)中也得到了應(yīng)用,鑒于其型砂流動性差、存放性不好,吸濕性很大,含氮量較高,限制了它的應(yīng)用,目前國外已開發(fā)了新型熱芯盒樹脂,效果較好,國內(nèi)也在試用.由于這兩種工藝操作方法根本相似,下面僅介紹殼型法.1殼型用原材料及其特性殼型用原材料主要是覆膜砂,它是由硅砂、熱塑性酚醛樹脂、烏洛托品硬化劑、硬脂酸鈣潤滑劑及其他附加物等材料,

3、在專門的混制設(shè)備上熱法混制而成,鑄造廠家可根據(jù)鑄件的種類和不同結(jié)構(gòu)的要求來選用,目前市場上可提供的覆膜砂系列產(chǎn)品的性能見表1.表1覆膜砂系列產(chǎn)品的性能(2)殼型、芯的制造工藝及其設(shè)備殼型、芯的制作方法一般有兩種：翻斗法和吹砂法.翻斗法適用于殼型制作,而吹砂法多用于殼芯生產(chǎn).吹砂法殼芯機(jī)又可分為底吹式和項(xiàng)吹式兩大類.底吹式殼芯機(jī)制芯時,芯砂由底部吹入芯盒,吹芯壓力為0.405MPa吹砂時間為1535s.由于芯砂由底部吹入芯盒,充填情況不如頂吹式理想,故一般適用于外形簡單的殼芯.頂吹式殼芯機(jī)制芯時,芯砂由芯盒頂部吹入,充填情況較好,但整機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,常用于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的殼芯制造,其吹芯壓力為0.10.

4、3MPa,吹砂時間為38s.殼芯制造過程如下：把芯盒加熱至210250C,吹入覆膜砂,這時覆膜砂上樹脂受熱融化、結(jié)殼后,翻轉(zhuǎn)180.,使芯盒自動左右搖擺數(shù)次,排放出未固化的砂子,翻斗復(fù)位,殼型、芯繼續(xù)硬化23min,便可頂出制好的殼型、芯.(3)開展前景在熱法制芯中殼型、芯工藝是一種很有發(fā)展前途的高效制芯工藝,但是目前覆膜砂中樹脂參加量高,生產(chǎn)本錢高,鑄件氣孔及變形嚴(yán)重.同時它存在硬化溫度高,硬化時間長,硬化時氣味大等缺點(diǎn).國內(nèi)外正在開發(fā)各種新型的低氣味、高強(qiáng)度、速固化、流變性能好的改性酚醛樹脂和低氮、無氮的硬化劑,并開發(fā)了新型覆膜混砂設(shè)備和；日砂再生設(shè)備.2.吹氣硬化法此法系指型、芯本體不需

5、加熱,僅在氣體催化劑作用下迅速固化成型的一種制芯工藝.這種工藝現(xiàn)有三乙胺法、SO盤和低毒、無毒氣硬法等幾種.目前在生產(chǎn)中僅三乙胺法得到廣泛的應(yīng)用.它的最大特點(diǎn)是硬化速度快,硬透性好,生產(chǎn)效率高；其次是芯盒不需加熱,勞動條件好,芯盒生產(chǎn)本錢低,現(xiàn)已在批量生產(chǎn)各種復(fù)雜的砂芯的汽車、拖拉機(jī)行業(yè)廣為應(yīng)用.1三乙胺法用原材料三乙胺法用原材料主要由硅砂、樹脂和催化劑等組成.此法對硅砂要求甚嚴(yán),特別是含水量0.2%,含泥量0.3%均指質(zhì)量分?jǐn)?shù).所用的樹脂由二個組分組成；組分I為苯醍型特制酚醛樹脂,組分II為聚異富酸酯PAPI.為了降低樹脂對硅砂及環(huán)境濕度的敏感性和適用于低溫澆注鋁合金鑄件的需要,近年來,又開

6、發(fā)了抗?jié)裥詷渲弯X合金專用樹脂.催化劑為液態(tài)的三乙胺或二甲基乙胺,為了能使砂芯均勻硬化,液態(tài)三乙胺需要先霧化或汽化,再與惰性氣體混合常用的氮?dú)?吹入芯盒,使砂芯硬化,以預(yù)防三乙胺氣體濃度過大而引起爆炸.2三乙胺法制芯工藝及其設(shè)備三乙胺法制芯均在專用的冷芯盒射芯機(jī)上完成,所用射芯機(jī)的結(jié)構(gòu)與普通射芯機(jī)相似,但增加了吹氣機(jī)構(gòu)和前后工序配套設(shè)備.前工序配套設(shè)備有：混砂機(jī)、砂加熱器、氣體發(fā)生器、壓縮空氣枯燥除濕系統(tǒng)、三乙胺氣體霧化裝置等.后工序配套設(shè)備包括廢氣凈化系統(tǒng).制芯的主要工序?yàn)椋汗枭凹訜嶂?535C,將組分I酚醛樹脂參加砂中,混制12min,再參加組分HPAPI,繼續(xù)混制12min.通常兩組分參

7、加量各為0.75%,即為砂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%2%.然后在0.300.35MPa射砂壓力下,把砂子射入芯盒,再將與載體混合、體積分?jǐn)?shù)為2%的三乙胺氣體,在0.2MPa壓力下吹入芯盒,使型、芯砂迅速硬化,硬化時間一般為幾秒或幾十秒鐘.型、芯硬化后,緊接著通過原來吹氣系統(tǒng),再吹入潔凈枯燥的空氣,以便清洗型、芯砂中的殘胺,并可進(jìn)一步提升它的強(qiáng)度.從芯盒中排出的空氣中含有剩余的有毒胺氣,必須送到洗滌室內(nèi),用酸中和,將胺除去,也可采用燃燒法去胺.最后,翻開芯盒,取出已硬化的砂芯,便可進(jìn)行下一輪程序.為了提升鑄件的外表質(zhì)量,減少粘砂缺陷,砂芯外表應(yīng)刷一層涂料.可采用水基涂料,但必須待樹脂完全硬化后上涂料,預(yù)防

8、明顯降低砂芯強(qiáng)度,刷涂后應(yīng)及時烘干.3開展前景氣硬冷芯盒制芯工藝是目前國內(nèi)外重點(diǎn)開發(fā)、最有開展前途的一種高效制芯工藝,特別是低毒、無毒氣硬工藝,在當(dāng)前全球關(guān)注環(huán)境保護(hù)、推行清潔生產(chǎn)的情況下,更具有很大的現(xiàn)實(shí)意義.現(xiàn)正在開發(fā)的酚醛樹脂/酯法,聚丙烯酸鈉/CO茲和堿性酚醛樹脂/CO砧等無毒制芯工藝,盡管還存在強(qiáng)度低,樹脂參加量高,吹氣硬化時間較長,抗?jié)裥暂^差等一些問題,但可以預(yù)計(jì),在不久的將來,會開發(fā)出更為理想、無毒無公害的高效制芯工藝,成功地應(yīng)用于生產(chǎn),有力推動我國鑄造事業(yè)向前開展.3.樹脂砂自硬法此法系指型、芯砂在室溫下,通過參加一定量的固化劑,使之在芯盒或砂箱內(nèi),并在一定時間內(nèi)自行硬化成型的

9、一種造型、制芯工藝.目前在鑄造生產(chǎn)中得到應(yīng)用的有酸固化味喃樹脂砂、酯固化堿性酚醛樹脂砂和酚尿烷樹脂砂等.這種工藝的最大特點(diǎn)是：樹脂砂可在常溫下自行硬化成型,型、芯砂有一定的可使用時間,其硬化速度與強(qiáng)度受室溫、環(huán)境濕度的影響很大,生產(chǎn)效率不高,故比擬適用于單件、小批量、多品種的中、大型鑄件的型、芯生產(chǎn),在我國機(jī)床、通用、重型、造船、機(jī)車等行業(yè)得到了應(yīng)用.在上述幾種樹脂自硬砂工藝中,以酸固化味喃樹脂砂在我國應(yīng)用最多,由于它所用的原輔材料及設(shè)備能成套供給,技術(shù)較成熟,積累的經(jīng)驗(yàn)也最豐富,目前國內(nèi)300多家采用樹脂砂工藝的工廠,絕大多數(shù)是采用這種工藝,與粘土砂比擬,可提升鑄件的尺寸精度23級,改善外表

10、粗糙度12級,廢品率明顯減少.1味喃樹脂砂用原材料味喃樹脂砂用的主要原材料有硅砂、味喃樹脂和固化劑.味喃樹脂砂對硅砂的質(zhì)量要求較嚴(yán),應(yīng)從角形系數(shù)、含泥量、含水量、微粉含量、耗酸值與灼減量等項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)加以限制.粘結(jié)劑味喃樹脂是以味喃環(huán)為主、低聚合度的縮聚樹脂,按其化學(xué)組成可分為酚醛改性味喃樹脂、月尿醛改性味喃樹脂和酚醛月尿醛改性味喃樹脂等,而以月尿醛改性味喃樹脂在國內(nèi)應(yīng)用最廣.用酚醛局部取代月尿醛,不僅能保持一定強(qiáng)度,而且還能降低樹脂中含氮量,是一種性能較好的味喃樹脂.按國家專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GB/T752694的規(guī)定,味喃樹脂可按其含氮量分為無氮少N2W0.3%、低氮少N20.3%2.0%、中氮少N22

11、.0%5.0%和高氮少N25.0%13.5%樹脂,也可按游離甲醛含量質(zhì)量分?jǐn)?shù)分為二級；一級含W0.4%,二級含W0.8%.要求質(zhì)量較高的鑄件可選用低氮樹脂,而有色金屬鑄件可采用含氮較高的樹脂.目前味喃樹脂砂常用的固化劑為有機(jī)磺酸,它又可分為對甲苯磺酸和二甲苯磺酸二種,后者常用于氣溫較低的冬季.2樹脂自硬砂的專用設(shè)備樹脂自硬砂的成套設(shè)備主要包括混砂系統(tǒng)和舊砂再生系統(tǒng)兩大系列,混砂系統(tǒng)以混砂機(jī)為主,并配以振實(shí)臺、翻轉(zhuǎn)起模機(jī)、輸送輻道和電控等裝置,組成樹脂砂造型、制芯生產(chǎn)線.舊砂再生系統(tǒng)大多具有砂塊破碎、篩分、磁選、舊砂再生、微粉別離和砂溫調(diào)節(jié)等功能為了滿足環(huán)境保護(hù)的要求及微粉分離的需要,樹脂砂生產(chǎn)

12、線還必須配有良好通風(fēng)除塵裝置.3樹脂自硬砂的造型、制芯工藝味喃樹脂在強(qiáng)酸固化劑作用下,樹脂分子間相繼產(chǎn)生加聚反響和縮聚反響,使原來低相對分子質(zhì)量的線型結(jié)構(gòu)相互交聯(lián),轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬Ψ肿淤|(zhì)量很大的體型結(jié)構(gòu)的樹脂膜,將砂粒粘結(jié)起來,到達(dá)型、芯的常溫固化.樹脂參加量質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.8%1.2%,磺酸類固化劑參加量為樹脂的30%60%,型、芯砂的可使用時間從幾分鐘至數(shù)十分鐘,起模時間由十幾分鐘至數(shù)小時.樹脂自硬砂的造型、制芯工藝根本上與粘土砂類似,由于樹脂自硬砂具有許多特點(diǎn),在造型制芯時應(yīng)考慮如下幾點(diǎn)：應(yīng)根據(jù)合金種類和鑄件的大小,合理選用樹脂的類型及吃砂量的大小,盡量降低砂鐵比和造型材料的生產(chǎn)本錢；應(yīng)根據(jù)

13、室溫的上下,合理選用固化劑,夏季室溫高時,選用酸強(qiáng)度較低的固化劑,冬季室溫較低時,應(yīng)采用二甲苯磷酸為主,參加適量無機(jī)酸的醇溶性固化劑；樹脂砂的流動性很好,但具有明顯的時間性,必須在型砂可使用時間內(nèi)完成造型制芯工作；樹脂自硬砂起模困難,不可太晚；樹脂砂在澆注時發(fā)氣速度較快,必須采取舉措將氣體排出,預(yù)防氣孔的產(chǎn)生；樹脂砂耐熱性較低,必須上涂料,以保證鑄件的外表質(zhì)量；根據(jù)有機(jī)粘結(jié)劑特點(diǎn),應(yīng)按“快、穩(wěn)、封閉、底注、保證壓頭和處理臟鐵液等原那么來設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng).實(shí)踐證實(shí),只有遵循上述原那么來造型制芯,才可能獲得質(zhì)量高、本錢低的樹脂砂鑄件.4開展前景我國80%以上鑄造廠家屬于單件、小批量生產(chǎn),80年代以前大

14、多數(shù)采用落后的粘土砂工藝,鑄件質(zhì)量差,生產(chǎn)效率低,勞動強(qiáng)度大,環(huán)境污染嚴(yán)重.由于機(jī)械工業(yè)的開展和鑄件出口貿(mào)易的需要,不少廠家采用樹脂砂代替粘土砂,取得了明顯的效果,充分證實(shí)該工藝對單件、小批量生產(chǎn)的鑄鐵車間具有較大的開展前景,低游離甲醛和低糠醇味喃樹脂的開發(fā),又有力地促進(jìn)了該工藝的開展.特別是80年代后,酯硬化堿性酚醛樹脂自硬砂的問世,較好地解決了味喃樹脂砂的本錢、環(huán)保和熱裂等問題,為今后生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鑄鋼件創(chuàng)出了一條新路.但是,堿性酚醛樹脂尚存的強(qiáng)度低、粘度大和再生困難等問題,預(yù)計(jì)在不久的將來,將會得到圓滿的解決.在即將到來的21世紀(jì),化學(xué)固化砂的各種新型造型、制芯技術(shù)將會在我國鑄造廠家開花結(jié)果,

15、為改變我國鑄造事業(yè)落后現(xiàn)狀作出較大的奉獻(xiàn).2.水玻璃固化砂工藝樹脂固化砂的應(yīng)用實(shí)踐說明,味喃樹脂的價格較高,環(huán)境污染較大,在未來21世紀(jì)人們對于自身生存條件和環(huán)境的要求日趨嚴(yán)格的條件下,由于車間勞動保護(hù)和生產(chǎn)環(huán)境衛(wèi)生方面的投資很大,從而使樹脂砂的應(yīng)用受到一定限制,許多國家又對水玻璃固化砂極為重視.最近十多年來,人們對于水玻璃的根本組成和“老化現(xiàn)象實(shí)質(zhì)的熟悉深化和新型硬化工藝的開發(fā)等兩方面均取得了突破性進(jìn)展,在型芯砂保持足夠的工藝強(qiáng)度的條件下,水玻璃參加量質(zhì)量分?jǐn)?shù)可降至2.5%3.5%,從而使水玻璃砂長期存在的潰散性差、舊砂不能回用的問題,得到了較好的解決.水玻璃砂的硬化方法可分為：CO2K硬法

16、和自硬法兩種,熱硬法已很少采用.1.CO凍硬法此法是水玻璃粘結(jié)劑領(lǐng)域里應(yīng)用最早的一種快速成型工藝,由于操作方便、使用靈活、無毒無味、在國內(nèi)外大多數(shù)的鑄鋼件生產(chǎn)中,得到了廣泛的應(yīng)用.(1)硬化原理和特點(diǎn)水玻璃的出現(xiàn)已有三百多年歷史,由于它的成分十分復(fù)雜、多變,它的根本組成一直沒有搞清楚,對水玻璃的研究主要停留在宏觀的層次上.近年來,多種先進(jìn)測試手段的開發(fā),可深入到分子范疇進(jìn)行分析和研究,并發(fā)現(xiàn),新制備的水玻璃是一種真溶液；但是在存放過程中,水玻璃中硅酸要進(jìn)行縮聚,將從真溶液逐步縮聚成大分子的硅酸溶液,最后成為硅酸膠粒.因此,水玻璃實(shí)際上是一種由不同聚合度的聚硅酸組成的非均相混合物,易受其模數(shù)、濃

17、度、溫度、電解質(zhì)含量和存放時間長短的影響.水玻璃砂吹入CO原體硬化時,水玻璃的表層因吸收CO2TO其模數(shù)升高和脫水,在酸化和脫水兩重作用下,迅速硬化而形成初強(qiáng)度.已固化的表層水玻璃阻礙了CO駐深層滲透,內(nèi)層水玻璃只能靠脫水而繼續(xù)增增強(qiáng)度.此法缺點(diǎn)是：型芯砂強(qiáng)度低,含水量大,易吸潮,潰散性差,目前大多用于中、小型鑄鋼件生產(chǎn).(2)水玻璃的改性水玻璃在存放過程中分子產(chǎn)生編聚,形成膠粒,可使其粘結(jié)強(qiáng)度下降20%30%,這一現(xiàn)象稱為水玻璃老化.為了消除老化,必須對水玻璃進(jìn)行改性,目前改性的方法有物理改性和化學(xué)改性兩種.物理改性是用磁場、超聲波、高頻或加熱等方法,往水玻璃中供給能量,使已聚合的膠粒解聚,

18、聚硅酸分子重新均勻化.這種改性對高模數(shù)水玻璃有效,但是存在重新老化的問題.化學(xué)改性是往水玻璃中參加少量化合物,這些化合物均含有竣基、酰胺基、?；?、羥基、醍基、氨基等極性基團(tuán),通過氫鍵或靜電將其吸附在硅酸分子或膠粒外表,改變其外表位能和溶劑化水平,提升聚硅酸穩(wěn)定性,從而阻止老化進(jìn)行.例如往水玻璃中參加聚丙烯酰胺、改性淀粉、聚磷酸鹽等,均取得了較好的效果.3開展前景采用水玻璃改性來提升其粘結(jié)水平,往往增加了生產(chǎn)本錢和工藝復(fù)雜化.近年來,日本又開發(fā)了VRH,此法是先把砂粒間空隙中的空氣抽去,再吹入CO2氣體,使鑄型迅速硬化成型.此工藝可使水玻璃參加量質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同降至3.0%以下,而CO2ffl量僅

19、為原來的1/10.最近又有作者提出往水玻璃砂中參加一種無機(jī)物,經(jīng)高溫作用后,在常溫時粘結(jié)橋上會形成大量孔洞,使型芯砂在不受外力作用下,自行潰散的新工藝.2.酯硬化法1硬化原理和特點(diǎn)此法是采用液體的有機(jī)酯作水玻璃的硬化劑.有機(jī)酯在強(qiáng)堿性水玻璃溶液的作用下,水解為醇與酸.醇有很強(qiáng)的親水性,它可奪去水玻璃的水分,構(gòu)成它的溶劑化水.酸與水玻璃反響,析出醋酸鈉,它也有一定的親水性,能奪取水玻璃的水分,構(gòu)成它的結(jié)晶水.在酸化和脫水雙重作用下,使水玻璃砂硬化.這種硬化工藝可使型芯砂具有很高的強(qiáng)度,不僅水玻璃參加量可降至3.0%以下,而且硬透性和抗?jié)裥跃?適用于各種大型鑄鋼件的生產(chǎn).缺點(diǎn)是型芯砂硬化速度慢、脆性大和流動性較差.2主要原材料及型砂的工藝限制酯硬化的水玻璃砂用原材料有硅砂、水玻璃和液體有